ejercicio 11-46
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8/17/2019 Ejercicio 11-46
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EJERCICIO 11-46THERMODYNAMICS:
AN ENGINEERING APPROACH 8
TH
ED.
Juan Camilo Urango Pérez
Ciclos de potencia y análisis energéticoGrupo 3
Alejandro Fula
Universidad Nacional de Colombia2016-01
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1. Enunciado del problema
Se analizará una bomba de calor que utiliza R-134a y opera enun ciclo de refrigeración por compresión de vapor para calentaruna casa que pierde calor al ambiente a una tasa de 60 000 kJ/h
De la cual se conoce que:
= 280 = 0°
= 30° = 1000 = 60°
= 60 000
→ = 16,67
Se debe determinar:
= ? = ? ∆ = ?
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2. Esquema
Figura 1. Figura 2.
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3. Suposiciones
1. Existen condiciones estacionarias de operación.
2. ∆ ≈ 0, ∆ ≈ 0
3. No se dan caídas de presión ni perdidas por el flujo en
tuberías.
4. Se busca mantener la casa a una temperatura fija, por lo
que =
5. Para la comparación de la bomba de calor con elcalentador de resistencia, se supone que este convierte todoel trabajo eléctrico en calor.
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4. Leyes físicas
+
= ∆
= =
5. Propiedades
Del enunciado:
= 280 = 0°
= 1000 = 60°
= 30°
Del conocimiento del ciclo:
= = 1000
= = 280
ℎ = ℎ
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Estado P (kPa) T(°C) h (kJ/kg) s (kJ/kg K) x
1 280 0
2 1000 60
3 1000 30
4 280 h4 = h3
Se encuentran las demás propiedades con EES
T sat
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Estado P (kPa) T(°C) h (kJ/kg) s (kJ/kg K) x
1 280 0 250,8 0,9362 ---
2 1000 60 293,4 0,985 ---
3 1000 30 93,57 0,3472 ---
4 280 -1,247 93,57 0,3578 0,2174
T sat (°C)
-1,247
39,37
6. Cálculos
B. E 1→2: = ℎ ℎ → = 42,55
B. E 2→3: = ℎ ℎ → = 199,8
B. E 4→1: = ℎ ℎ → = 157,3
Hallando el flujo másico:
= → =
→ =
16,67
199,8
→ = 0,0834
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Potencia de entrada:
= → = 0,0834
42,55
→ = 3,55
Tasa de absorción de calor:
= → = 0,0834 (157,3
) → = 13,12
Aumento en la potencia de entrada, si se utiliza calentador de resistencia:
“En un calentador deresistencia, en el mejorde los casos, la tasa deentrega de calor es iguala la potencia de entrada”
, = =
∆ = , ∆ =
∆ = 13,12 kW
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7. Conclusiones y comentarios
Conclusión: Se nota claramente que el sistema de bomba calor esmas conveniente que un calentador de resistencia para laaplicación de calefacción.Para el caso hipotético ciudad de Medellín, Abril de 2016, setendría:
ℎ = 13,12
ℎ
ℎ
ℎ − =$363,57
ℎ 13,12
ℎ
ℎ
ℎ −= $4770/hora de uso
ℎ − =$513,28
ℎ 13,12
ℎ
ℎ
ℎ −= $6734/hora de uso
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Comentario: Se puede notar que la bomba de calor que se analizó, utilizaun compresor que no es isentropico.
= 0,9362
, = 0,985
Para el caso en que fuera isentropico.
ℎ = 277,5
, = ℎ ℎ → , = 26,25
η, =
→ η, =
26,25
42,55
→ η, = 0,6264 → 62,64%
∆ , = → ∆ , = 0,0834
(42,55
- 26,25
)
∆ ,=1,326 kW
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Referencias
Cengel, Y. (8 Ed). (2015). Thermodynamics: an engineeringapproach. New York, EEUU: MacGraw Hill Education.
EPM. (2016). Tarifas y Costo de Energía Eléctrica –
Mercado Regulado (Abril de 2016). Recuperado dehttp://http://www.epm.com.co/site/Portals/2/do-cumentos/tarifas/2016/Publicaci%C3%B3n%20Abril%2012%20de%202016%20Opci%C3%B3n.pdf